台湾专利TW201311038A 相關色溫控制之裝置及方法

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优先权

专利摘要:
本發明公開了新的和有用的方法和系統，用於提供照明之控制。例如，在一個實施例中，照明系統包括：一個或多個第一固態光源，具有第一美學顏色；一個或多個第二固態光源，具有第二美學顏色，第二美學顏色比第一美學顏色具有明顯更長的波長，以及一振幅相關電路組態為將該一個或多個第一固態光源所產生之第一光與該一或多個第二固態光源所產生之一第二光的比率控制為一接收到的調光控制訊號的函數。
公开号:TW201311038A
申请号:TW101125783
申请日:2012-07-18
公开日:2013-03-01
发明作者:Wanfeng Zhang；Pantas Sutardja
申请人:Marvell World Trade Ltd；
IPC主号:H05B45-00

专利说明:
相關色溫控制之裝置及方法【相關申請案】
本案主張引用美國臨時申請專利案號61/509,001「New correlated color temperature(CCT)control method with dual string LED driver」之優先權，其申請於7月18日2011年。本案引用上述提案之全部公開內容。
本發明係關於一種照明系統及照明控制方法；具體而言，本發明係關於一種相關色溫控制之照明系統及照明控制方法。
在此提供之先前技術的目的在於提供本案發明之上下文。此處所描述之先前技術並非係本案發明者間接或直接承認為本案發明的先前技術。
在過去的半個世紀中，用於白熾燈泡的三端雙向調光器一直是傳統的調光解決方案。然而，固態照明(Solid State Lighting、SSL)，因為它具有低功耗的需求以及其他等方面的優勢，正迅速成為下一個主要的照明解決方案。隨著此新照明技術出現很多問題，包括如何建立SSL兼容現有的照明燈具及控制器，以及如何影響SSL之人體工程學設計，以致使能更滿足消費者。
在下面進一步詳細描述本發明的各種方面及實施例。
在一個實施例中，照明系統包括：一個或多個第一固態光源，具有第一美學顏色；一個或多個第二固態光源，具有第二美學顏色；以及一振幅相關電路，組態為將該一或多個第一固態光源所產生之一第一光與該一或多個第二固態光源所產生之一第二光的比率控制為一接收到的調光控制訊號的函數。
在另一個實施例中，照明控制方法包括：接收一調光控制訊號；並基於調光控制訊號，產生一振幅控制訊號，其組態為控制由具有第一美學顏色之一個或多個第一固態光源所產生之第一光與由具第二美學顏色之一或多個第二固態光源所產生之第二光的比率。
在下所公開的方法和系統，可以一般方式描述，以及以特定的例子及/或特定的實施例描述。對於有引用到詳細的例子及/或實施例的情況下，需注意的是，任何所描述到的基本原則是不限於單一個實施例，而是如本技術領域中具有通常知識者可理解，可以與本文中所描述到的任何其它方法及系統擴展使用，除非另有明確說明。
如上所述，固態照明(Solid State Lighting、SSL)正迅速成為下一個主要的照明解決方案。在這種技術中有一些難題，如可使SSL與三端雙向調光器(triac dimmers)兼容，並能夠精確控制顏色及強度，使其可能會有利的。例如，消費者可能會期待和渴望SSL能模仿何階段調光之白熾燈。比如，當白熾燈光的輸出為高時，相關色溫(Correlated Color Temperature、CCT)可以是約2800K，但當光調暗時，CCT減小至大約1800K。CCT的這樣變化是很容易被人眼察覺到的。
圖1是一個具可調整相關色溫度之多顏色發光二極體(Light Emitting Diode、LED)照明系統100之一個示例。照明系統100包括一調光控制器110、一振幅相關電路120、一驅動電路130以及一多顏色發光二極體光源140，發光二極體光源140包括一(第一)冷色發光二極體144以及一(第二)暖色發光二極體146。
可理解的是，冷色發光二極體144及暖色發光二極體146之特定色調可隨不同實施例改變。舉例而言，冷色發光二極體144可為任意數量的美學“冷色”的顏色，如白色、藍色、綠色以及黃色。同樣的，暖色發光二極體146可為任意數量的美學“暖色”的顏色，如紅色、橙色以及琥珀色。選定的暖色將會比選定的冷色美學顏色明顯較長的波長。冷色及暖色之特定組合是可基於任意數量之美學或記述因素決定的設計選擇。
也應當理解的係，冷色發光二極體144及暖色發光二極體146分別可為單一發光二極體或複數個發光二極體。舉例而言，在一個實施例中，冷色發光二極體144可包括十個白色發光二極體，而暖色發光二極體146可包括與該十個白色發光二極體交錯的6個紅色發光二極體。
在運作中，在一個人類或一個以電腦為基礎之操作員的控制下，調光控制器110會傳送一調光控制訊號102至振幅相關電路120及驅動電路130。在本實施例中，調光控制器110可為使用一交流電源之以三端雙向為基礎的傳統電路，並且調光控制訊號102為一個脈寬調變(PWM)訊號。然而，調光控制器110的具體結構在不同實施例中可依據需求變化。同樣地，雖然脈寬調變訊號102是個PWM訊號，在不同的實施例中，調光控制訊號102可以採取許多形式，包括，但不限於，一電壓位準、根據任何已知或之後開發的調變方案的訊號、或一數位號碼。
振幅相關電路120接收調光控制訊號102，處理調光控制訊號102，並產生提供一振幅控制訊號至驅動電路130。
在一個實施例中，振幅相關電路120基於一預先判定之傳遞函數產生振幅控制訊號，預先判定之傳遞函數係設計以提供相關於調光控制訊號總功率之暖發光二極體光源與冷發光二極體光源的比率。舉例而言，隨著一基於PWM的調光控制訊號102之脈寬調變工作週期的增加，振幅相關電路120可造成冷發光二極體光源至暖發光二極體光源之相對比率，根據多個預先判定傳遞函數中任何一個增加，如以下將會示範。
驅動電路130自振幅的相關電路120接收振幅控制訊號，以及自調光控制器110接收調光控制訊號102，以產生一複數個發光二極體驅動訊號，其包括驅動冷色發光二極體144之冷色驅動訊號104，以及驅動暖色發光二極體146之暖色驅動訊號106。
圖2是一個顯示器200，顯示出一個示例性的脈寬調變(PWM)之調光控制訊號102(底部)及兩個所得PWM驅動訊號，PWM驅動訊號包括上述驅動冷色發光二極體144之冷色驅動訊號104(以電流測量)以及驅動暖色發光二極體146之暖色驅動訊號106(以電流測量)。如圖2所示，每個訊號102、104及106具有與冷色驅動訊號104之工作週期的一個獨特工作週期，且暖色驅動訊號106係基於調光控制訊號102判定的。冷色驅動訊號104與暖色驅動訊號106的振幅比率可由振幅相關電路120控制為工作週期之一函數，如下面將會進一步示範。
圖3為基於工作週期之函數變化並作為冷色驅動訊號304及暖色驅動訊號306的相對驅動電流之一傳遞函數300。在本實施例中，冷色驅動訊號304(在開啟On的週期期間)的驅動電流，於一指標性為一調低光量之工作週期間，被固定於一AMP量，並位於0%到100%之範圍內。相對於此，暖色驅動訊號306的驅動電流變化是基於冷色驅動訊號304的驅動電流變化。在圖3的例子中。工作週期被分為三個區域：0%~X%、X%至Y%以及Y%至100%。暖色驅動訊號306的傳遞函數的例子，於0%~X%及Y%至100%為固定的，但於X%至Y%之間期漸近的變化。
然而，暖色驅動訊號306的例子之整體傳遞函數，僅僅是許多可能性中的一個可能性，並應被視為非限制性的。如圖3所示，冷色光之光量通常會隨著工作週期減少時，相對於暖色光增加。
應當理解的是，整體的傳遞函數可以建模來優化、近似或至少提供所得到的光的顯色指數(CRI)的改進，以致使可再生或近似任何數量之人造或自然光源，如白熾燈、在沙漠環境的自然光或甚至其組合。
進一步可以理解的是，是有利將傳遞函數設為時間依賴性或可切換性的。舉例而言，在意識及工作效率為關重要時，可有利以一光源產生窄波段之白光，而在休閒時間時可較佳地有傳遞函數可建模一天中太陽光的各種不同階段。
圖4是為基於工作週期之函數變化並作為冷色驅動訊號304及暖色驅動訊號306的相對驅動電流之第二傳遞函數400。如圖4所示，暖色驅動訊號406的驅動電流是固定在目前AMP量，而冷色驅動訊號404的驅動電流是非定的(可變化性)，但變化基於工作週期的函數CCT，並同時維持CRI之整體效果是可完成的。
圖5是概述相關色溫調整，用於驅動所述的多色發光二極體照明系統的一個示例的方法的流程圖500。該過程由502開始，其中一調光控制訊號被接收。正如上述所討論到的，此樣的調光控制訊號可為一個基於PWM的訊號，但在不同的實施例中的調光控制訊號，最終形式有變化。
在504中，基於調光控制訊號，產生一可控制由具有冷色美學顏色之一或多個第一固態光源所產生的冷光與具有暖色美學顏色之一或多個第二固態光源所產生的暖光的一比率。如上所述，振幅控制訊號可根據一實施例，控制單一個顏色的訊號，定同時允許另一個被固定，且可體現任意數量的傳遞函數，如作為一個傳遞函數設計以優化或至少改善任何人造或自然光源的顯色性CRI。繼續到506。
在506中，基於502之調光訊號以及504的振幅控制訊號，各別的發光二極體之驅動電流可被產生，其用於各種不同PWM工作週期之相對組合之冷色發光二極體及暖色發光二極體。控制並跳回到502，其中程序可依需求繼續下去。
雖然上面描述的方法及系統被描述為兩個不同的發光二極體顏色，在這可以理解的是，此方法的基本原則可以擴展到三色系統，如RGB LED陣列，甚至到四色系統，如RGYB LED陣列。
本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範圍。必須指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。
100‧‧‧照明系統
102‧‧‧調光控制訊號
104‧‧‧冷色驅動訊號
106‧‧‧暖色驅動訊號
110‧‧‧調光控制器
120‧‧‧振幅相關電路
140‧‧‧發光二極體光源
144‧‧‧冷色發光二極體
146‧‧‧暖色發光二極體
200‧‧‧顯示器
300‧‧‧傳遞函數
304‧‧‧冷色驅動訊號
306‧‧‧暖色驅動訊號
400‧‧‧傳遞函數
404‧‧‧冷色驅動訊號
406‧‧‧暖色驅動訊號
500‧‧‧流程圖
各種實施例的本公開，提出了作為例子將詳細描述，參考以下附圖，其中，相同的附圖標記參考相同的元件，並且其中：圖1顯示具可相關色溫調整之多色發光二極體系統之示意圖；圖2顯示脈寬調變(PWM)控制訊號及具可驅動多色發光二極體系統至依相關色溫調整之兩個所得脈寬調變驅動訊號之示意圖；圖3顯示基於一相關色溫調整具可驅動多色發光二極體照明系統之PWM驅動電路的相對驅動電流之一例子之示意圖；圖4顯示基於一相關色溫調整具可驅動多色發光二極體照明系統之PWM驅動電路的相對驅動電流之第二例子的示意圖；以及圖5顯示基於一相關色溫調整驅動多色發光二極體系統之一方案的流程示意圖。
100‧‧‧照明系統
102‧‧‧調光控制訊號
104‧‧‧冷色驅動訊號
106‧‧‧暖色驅動訊號
110‧‧‧調光控制器
120‧‧‧振幅相關電路
140‧‧‧發光二極體光源
144‧‧‧冷色發光二極體
146‧‧‧暖色發光二極體

权利要求:
Claims (22)
[1] 一種照明系統，包括：一或多個第一固態光源，具有一第一美學顏色；一或多個第二固態光源，具有一第二美學顏色；以及一振幅相關電路，組態為將該一或多個第一固態光源所產生之一第一光與該一或多個第二固態光源所產生之一第二光的比率控制為一接收到的調光控制訊號的函數。
[2] 如請求項1所述之照明系統，其中該第二美學顏色比該第一美學顏色具有明顯更長的波長。
[3] 如請求項2所述之照明系統，其中該一或多個第一固態光源可為白色、藍色、綠色及黃色中任何顏色的發光二極體，且該一或多個第二固態光源可為紅色、橙色和琥珀色中任何顏色的發光二極體。
[4] 如請求項3所述之照明系統，其中該一或多個第一固態光源為白色發光二極體，並且該一或多個第二固態光源為紅色發光二極體。
[5] 如請求項1所述之照明系統，進一步包含驅動電路，組態為產生用於驅動該一或多個第一固態光源之一脈寬調變的第一色驅動訊號以及用於驅動該一或多個第二固態光源之一脈寬調變的第二色驅動訊號，該些驅動訊號之相對振幅是基於該振幅相關電路所提供之一振幅控制訊號。
[6] 如請求項5所述之照明系統，其中該些驅動訊號之該些相對振幅亦是基於該接收到的調光控制訊號所決定之一脈寬調變工作週期。
[7] 如請求項5所述之照明系統，其中該些驅動訊號其中之一具有一固定振幅，而另一驅動訊號具有基於該振幅控制訊號變化之一可變振幅。
[8] 如請求項7所述之照明系統，其中該第一色驅動訊號具有一固定振幅，以及該第二色驅動訊號具有基於該振幅控制訊號變化之一可變振幅。
[9] 如請求項7所述之照明系統，其中該第二色驅動訊號具有一固定振幅，以及該第一色驅動訊號具有基於該振幅控制訊號變化之一可變振幅。
[10] 如請求項4所述之照明系統，其中該振幅相關電路組態為控制該第一光與該第二光之比率，以模仿一白熾光源的複數調光階段的相關色溫(CCT)。
[11] 如請求項1所述之照明系統，其中該第一顏色為一冷色，以及該第二顏色為一暖色。
[12] 一種照明控制方法，包含：接收一調光控制訊號；基於該調光控制訊號，產生一振幅控制訊號，其組態為控制由具有一第一美學顏色之一或多個第一固態光源所產生之一第一光與由具有一第二美學顏色之一或多個第二固態光源所產生之一第二光的一比率。
[13] 如請求項12所述之照明控制方法，其中該第二美學顏色比該第一美學顏色具有明顯更長的波長。
[14] 如請求項13所述之照明控制方法，其中一或多個第一固態光源可為白色、藍色、綠色及黃色中任何顏色的發光二極體，以及一或多個第二固態光源可為紅色、橙色及琥珀色中任何顏色的發光二極體。
[15] 如請求項14所述之照明控制方法，其中一或多個第一固態光源為白色發光二極體，且該一或多個第二固態光源為紅色發光二極體。
[16] 如請求項13所述之照明控制方法，進一步包含：基於該振幅控制訊號，產生用於驅動一或多個第一固態光源之一脈寬調變的第一色驅動訊號以及用於驅動一或多個第二固態光源之一脈寬調變的第二色驅動訊號，該些驅動訊號之相對振幅是基於該振幅相關電路所提供之一振幅控制訊號。
[17] 如請求項16之照明控制方法，其中該些驅動訊號之該些相對振幅亦是基於該接收到的調光控制訊號所決定之一脈寬調變工作週期。
[18] 如請求項16所述之照明控制方法，其中該些驅動訊號其中之一具有一固定振幅，以及另一驅動訊號具有基於該振幅控制訊號變化之一可變振幅。
[19] 如請求項18所述之照明控制方法，其中該第一色驅動訊號具有一固定振幅，以及該第二色驅動訊號具有基於該振幅控制訊號變化之一可變振幅。
[20] 如請求項18所述之照明控制方法，其中該第二色驅動訊號具有一固定振幅，以及該第一色驅動訊號具有基於該振幅控制訊號變化之一可變振幅。
[21] 如請求項16所述之照明控制方法，其中該振幅相關電路組態為控制該第一光與該第二光之比率，以模仿一白熾光源的複數調光階段的相關色溫(CCT)。
[22] 如請求項12所述之照明控制方法，其中該第一顏色為一冷色，以及該第二顏色為一暖色。

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优先权:

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